JP2023104803A - image projection device - Google Patents

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JP2023104803A JP2022006012A JP2022006012A JP2023104803A JP 2023104803 A JP2023104803 A JP 2023104803A JP 2022006012 A JP2022006012 A JP 2022006012A JP 2022006012 A JP2022006012 A JP 2022006012A JP 2023104803 A JP2023104803 A JP 2023104803A
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玄紀 安達
Genki Adachi
英明 山本
Hideaki Yamamoto
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Koito Manufacturing Co Ltd
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Koito Manufacturing Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00Arrangement of adaptations of instruments
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays

Abstract

To provide an image projection device with which it is possible to suppress a rise of temperature in an image irradiation unit due to external light.SOLUTION: Provided is an image projection device for irradiating a display unit with a projection image that displays a virtual image. The image projection device comprises: an image irradiation unit (20) for irradiating image light; a projection optical unit (40) for irradiating image light in a viewpoint direction as a projection image via the display unit; and a shutter unit (30) for switching between a transparent mode in which light is passed through and a cutoff mode in which light is cut off, and disposed on the optical path of image light somewhere from the image irradiation unit (20) to the display unit.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、画像投影装置に関し、特に虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image projection device, and more particularly to an image projection device for projecting a projection image onto a display section for displaying a virtual image.

従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。また、表示する情報量の増加とともに、計器盤に画像表示装置を埋め込むことや、計器盤全体を画像表示装置で構成することも提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a device for displaying various types of information in a vehicle, a dashboard that displays icons by lighting has been used. In addition, as the amount of information to be displayed increases, it has been proposed to embed an image display device in the instrument panel or to configure the entire instrument panel with an image display device.

しかし、計器盤は車両のフロントガラス(ウィンドシールド)より下方に位置しているため、計器盤に表示された情報を運転者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があるため好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにするヘッドアップディスプレイ(以下HUD:Head Up Display)も提案されている(例えば、特許文献1,2を参照)。 However, since the instrument panel is located below the vehicle's windshield (windshield), it is necessary for the driver to move his or her line of sight downward while driving in order to see the information displayed on the instrument panel. I don't like it because Therefore, a head-up display (hereinafter referred to as HUD: Head Up Display) has been proposed that projects an image onto the windshield so that the driver can read information when looking ahead of the vehicle (for example, Patent Document 1). , 2).

特開2019-119248号公報JP 2019-119248 A 特開2019-119262号公報JP 2019-119262 A

このような従来のHUD装置では、表示部であるウィンドシールドを介して投影画像を照射するため、ウィンドシールドの下方から上方に向けて光を照射するための投影光学系を備えている。そのため、太陽光等の外光がウィンドシールドの上方から入射した場合には、画像を表示する画像照射部まで投影光学系を介して外光が到達してしまう。このとき、投影光学系を介して画像照射部まで到達する外光は、投影光学系の光学パワーによって集光され、温度上昇による劣化を引き起こすという問題があった。 Such a conventional HUD device is provided with a projection optical system for irradiating light upward from below the windshield in order to irradiate a projection image through the windshield, which is a display section. Therefore, when external light such as sunlight is incident from above the windshield, the external light reaches the image irradiation unit that displays the image via the projection optical system. At this time, the external light reaching the image irradiation unit via the projection optical system is condensed by the optical power of the projection optical system, causing deterioration due to temperature rise.

このような温度上昇を抑制するために、投影光学系の光路上に波長カットフィルターを配置して、外光に含まれる赤外光や紫外光をカットすることも提案されている。しかし、外光に含まれる可視光が波長カットフィルターを透過して表示部まで到達することは避けられず、波長カットフィルターの光透過率が100%ではないため、表示部からの照射光も一部減衰されてしまい画像投影における輝度低下を引き起こす可能性もあった。 In order to suppress such a temperature rise, it has been proposed to place a wavelength cut filter on the optical path of the projection optical system to cut infrared light and ultraviolet light contained in external light. However, it is unavoidable that the visible light contained in the external light passes through the wavelength cut filter and reaches the display. It could also be partially attenuated, causing a reduction in brightness in image projection.

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、外光による画像照射部の温度上昇を抑制することが可能な画像投影装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an image projection apparatus capable of suppressing an increase in temperature of an image irradiating section due to external light.

上記課題を解決するために、本発明の画像投影装置は、虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影装置であって、画像光を照射する画像照射部と、前記表示部を介して前記画像光を前記投影画像として視点方向に照射する投影光学部と、前記画像照射部から前記表示部の間の前記画像光の光路上に配置され、光を透過する透過モードと光を遮断する遮断モードを切り替えるシャッター部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an image projection apparatus according to the present invention is an image projection apparatus for irradiating a projection image onto a display section for displaying a virtual image, comprising: an image irradiating section for irradiating image light; a projection optical unit that irradiates the image light as the projected image in a viewing direction through a display unit; and a transmission mode that is arranged on an optical path of the image light between the image irradiation unit and the display unit and transmits light. and a shutter section for switching a blocking mode for blocking light.

このような本発明の画像投影装置では、シャッター部で光の透過と遮断を切り替えるため、画像照射部からの画像光を透過して画像投影をする透過モードと、外光を遮断して画像照射部の温度上昇を抑制する遮断モードを適宜選択でき、外光による画像照射部の温度上昇を抑制することが可能となる。 In such an image projection apparatus of the present invention, since the shutter section switches between transmission and blocking of light, there is a transmission mode in which image light from the image irradiation section is transmitted and image projection is performed, and an image projection mode in which image light is transmitted from the image irradiation section and image irradiation is performed by blocking external light. It is possible to appropriately select a cutoff mode for suppressing the temperature rise of the image irradiation section, thereby suppressing the temperature rise of the image irradiation section due to external light.

また、本発明の一態様では、前記画像照射部は、点灯と消灯を繰り返すパルス駆動によって前記画像光を照射し、前記シャッター部は、前記パルス駆動の点灯期間中に前記透過モードが選択され、前記パルス駆動の消灯期間中に前記遮断モードが選択される。 In one aspect of the present invention, the image irradiation unit irradiates the image light by pulse driving that repeats turning on and off, and the shutter unit selects the transmission mode during a lighting period of the pulse driving, The cutoff mode is selected during the extinguishing period of the pulse drive.

また、本発明の一態様では、前記シャッター部は、透光部と遮光部を備えた回転体と、前記回転体を回転駆動する駆動部とを備える。 Further, in one aspect of the present invention, the shutter section includes a rotating body including a light transmitting section and a light shielding section, and a driving section that rotationally drives the rotating body.

また、本発明の一態様では、前記シャッター部は、前記画像照射部と前記投影光学部の間に配置されている。 Further, in one aspect of the present invention, the shutter section is arranged between the image irradiation section and the projection optical section.

また、本発明の一態様では、前記投影光学部は、前記光路上の中間結像位置で前記画像光を結像し、前記シャッター部は、前記中間結像位置に配置されている。 In one aspect of the invention, the projection optical section forms an image of the image light at an intermediate imaging position on the optical path, and the shutter section is arranged at the intermediate imaging position.

また、本発明の一態様では、前記画像照射部は、第1画像を照射する第1照射領域と、第2画像を照射する第2照射領域を備え、前記シャッター部は、前記第1照射領域と前記第2照射領域のそれぞれに対して、前記透過モードと前記遮断モードが選択される。 Further, in one aspect of the present invention, the image irradiation section includes a first irradiation area that emits a first image and a second irradiation area that emits a second image, and the shutter section includes the first irradiation area. and for each of the second illumination areas, the transmission mode and the blocking mode are selected.

本発明では、外光による画像照射部の温度上昇を抑制することが可能な画像投影装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an image projection device capable of suppressing temperature rise of the image irradiation section due to external light.

本発明の第1実施形態に係る画像投影装置100の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of an image projection device 100 according to a first embodiment of the invention; FIG. 第1実施形態に係る画像投影装置100の構成例を示す模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an image projection device 100 according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係るシャッター部30の一例を示す模式平面図である。3 is a schematic plan view showing an example of a shutter section 30 according to the first embodiment; FIG. シャッター部30による透過モードと遮断モードを説明する模式図であり、図4(a)は画像照射部20における表示領域を示し、図4(b)は透過モードを示し、図4(c)は遮断モードを示している。4A and 4B are schematic diagrams for explaining a transmission mode and a blocking mode of a shutter unit 30. FIG. 4A shows the display area in the image irradiation unit 20, FIG. 4B shows the transmission mode, and FIG. Blocking mode is shown. 第1実施形態の変形例におけるタイミングチャートであり、図5(a)はシャッター部30の開閉タイミングを示し、図5(b)は光源部10の点消灯を示している。It is a timing chart in the modification of 1st Embodiment, Fig.5 (a) shows the opening-and-closing timing of the shutter part 30, FIG.5(b) has shown turning on/off of the light source part 10. FIG. 第2実施形態に係るシャッター部30の構成と画像照射部20の関係を示す模式図であり、図6(a)は全透過モードを示し、図6(b)は遠方遮断モードを示し、図6(c)は全遮断モードを示し、図6(d)は近方遮断モードを示している。It is a schematic diagram showing the relationship between the configuration of the shutter unit 30 and the image irradiation unit 20 according to the second embodiment, FIG. 6A shows the total transmission mode, FIG. 6(c) shows the total blocking mode, and FIG. 6(d) shows the near blocking mode. 第3実施形態に係る画像投影装置100の構成例を示す図であり、図7(a)は全体の模式断面図であり、図7(b)はシャッター部30の一例を示す模式斜視図である。7A and 7B are diagrams showing a configuration example of an image projection device 100 according to a third embodiment, FIG. 7A being a schematic cross-sectional view of the whole, and FIG. be. 第4実施形態に係るシャッター部30の構成例を示す模式図であり、図8(a)は略矩形型の構成例を示し、図8(b)は一部の領域にのみ遮断モードを設ける構成例を示している。It is a schematic diagram showing a configuration example of the shutter unit 30 according to the fourth embodiment, FIG. 8A shows a substantially rectangular configuration example, FIG. A configuration example is shown.

(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図1は、本実施形態に係る画像投影装置100の構成を示すブロック図である。図1に示すように画像投影装置100は、光源部10と、画像照射部20と、シャッター部30と、投影光学部40と、制御部50とを備えている。画像投影装置100から投影された光は図示を省略するウィンドシールド(表示部)を介して運転者の視点位置に照射される。
(First embodiment)
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and duplication of description will be omitted as appropriate. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an image projection device 100 according to this embodiment. As shown in FIG. 1 , the image projection device 100 includes a light source section 10 , an image irradiation section 20 , a shutter section 30 , a projection optical section 40 and a control section 50 . The light projected from the image projection device 100 is irradiated to the driver's viewpoint position through a windshield (display unit) not shown.

光源部10は、画像照射部20に対して光を照射する光源である。光源部10からの発光は、常時発光であってもよいが、後述するように制御部50からの制御信号に従ってPWM(Pulse Width Modulation)制御されるものであることが好ましい。光源部10の具体的な構成は限定されないが、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)や有機EL素子等を用いることができる。 The light source unit 10 is a light source that irradiates the image irradiation unit 20 with light. Light emission from the light source unit 10 may be constant light emission, but is preferably PWM (Pulse Width Modulation) controlled in accordance with a control signal from the control unit 50 as will be described later. A specific configuration of the light source unit 10 is not limited, but a light emitting diode (LED), an organic EL element, or the like can be used.

画像照射部20は、制御部50からの画像情報に基づいて、画像を含んだ光(画像光)を照射する部分である。画像照射部20の具体的構成は限定されず、例えば液晶表示装置、有機EL表示装置、レーザ光源と光変調素子の組み合わせ等の従来公知のものを用いることができる。図1に示した例では、液晶表示装置の背面側から光源部10により光を照射するものを用いている。後述するように、画像照射部20は、近方画像と遠方画像をそれぞれ表示する近方表示領域22と遠方表示領域23を含んで構成されていてもよい。 The image irradiation section 20 is a section that irradiates light containing an image (image light) based on image information from the control section 50 . The specific configuration of the image irradiation unit 20 is not limited, and conventionally known devices such as a liquid crystal display device, an organic EL display device, and a combination of a laser light source and an optical modulation element can be used. In the example shown in FIG. 1, light is emitted from the back side of the liquid crystal display device by the light source section 10 . As will be described later, the image irradiation unit 20 may include a near display area 22 and a far display area 23 that display a near image and a far image, respectively.

シャッター部30は、制御部50からの制御信号に応じて、光を透過する透過モードと光を遮断する遮断モードを切り替える部分である。シャッター部30の構成は限定されないが、電気信号に応じて光の透過率を変更できる液晶シャッターや、光の反射方向を切り替えるデジタルミラーデバイス、開口部と遮光部を機械的に切り替える機械的シャッター等を用いることができる。シャッター部30として機械的シャッターを用いる場合には、シャッター部30の遮光板を動作させる機構と駆動部をシャッター部30に備えるとしてもよい。シャッター部30は外光を遮る遮光部を備えているため、遮った外光によってシャッター部30自体の温度が上昇しやすい。したがって、シャッター部30は熱伝導率の高い金属材料で構成することが好ましい。 The shutter section 30 is a section that switches between a transmission mode for transmitting light and a blocking mode for blocking light according to a control signal from the control section 50 . The structure of the shutter unit 30 is not limited, but includes a liquid crystal shutter that can change the light transmittance according to an electrical signal, a digital mirror device that switches the direction of reflection of light, a mechanical shutter that mechanically switches between an opening and a light shielding portion, and the like. can be used. When a mechanical shutter is used as the shutter section 30, the shutter section 30 may be provided with a mechanism for operating the light shielding plate of the shutter section 30 and a driving section. Since the shutter section 30 has a light blocking section that blocks external light, the temperature of the shutter section 30 itself tends to rise due to the blocked external light. Therefore, it is preferable that the shutter section 30 is made of a metal material having high thermal conductivity.

投影光学部40は、画像照射部20からの画像光を表示部であるウィンドシールドに対して照射するための光学部材である。投影光学部40には複数の光学部材を含むとしてもよく、レンズや凹面鏡、凸面鏡、プリズム等を複数備えて組み合わせるものであってもよい。また、画像照射部20からの画像光を一つの光路で同じ距離に結像させるとしてもよく、複数の光路に分岐して複数の焦点距離に結像させるとしてもよい。 The projection optical unit 40 is an optical member for irradiating the image light from the image irradiation unit 20 onto the windshield, which is the display unit. The projection optical section 40 may include a plurality of optical members, and may be a combination of a plurality of lenses, concave mirrors, convex mirrors, prisms, and the like. Further, the image light from the image irradiation unit 20 may be imaged at the same distance in one optical path, or may be branched into a plurality of optical paths and imaged at a plurality of focal distances.

制御部50は、各部と情報通信可能に接続されて、各部を制御する部分である。制御部50の構成は限定されないが、一例として情報処理を行うためのCPU(Central Processing Unit)や、メモリ装置、記録媒体、情報通信装置等を備えるものが挙げられる。制御部50は、予め定められたプログラムに従って各部の動作を制御し、画像を含んだ情報(画像情報)を画像照射部20に送出する。 The control section 50 is a section that is connected to each section so as to be able to communicate with each other and controls each section. Although the configuration of the control unit 50 is not limited, one example includes a CPU (Central Processing Unit) for performing information processing, a memory device, a recording medium, an information communication device, and the like. The control unit 50 controls the operation of each unit according to a predetermined program, and sends information (image information) including an image to the image irradiation unit 20 .

図2は、本実施形態に係る画像投影装置100の構成例を示す模式断面図である。図2に示した例では、LEDを有する光源部10の光照射面に、画像照射部20として透過型の液晶表示装置が配置されており、画像照射部20の光出射面に対向してシャッター部30が配置されている。シャッター部30の具体的な構成例は後述して説明する。また、図2に示した例では、投影光学部40として光分岐部41と、自由曲面ミラー42と、反射鏡43と、自由曲面ミラー44を備えている。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the image projection device 100 according to this embodiment. In the example shown in FIG. 2, a transmissive liquid crystal display device is arranged as the image irradiation unit 20 on the light irradiation surface of the light source unit 10 having LEDs, and a shutter is arranged facing the light emission surface of the image irradiation unit 20. A section 30 is arranged. A specific configuration example of the shutter unit 30 will be described later. In the example shown in FIG. 2, the projection optical unit 40 includes a light branching unit 41, a free-form surface mirror 42, a reflecting mirror 43, and a free-form surface mirror 44.

光分岐部41は、画像照射部20から照射される画像光を分岐する光学部材であり、少なくとも遠方表示領域23で表示される第1画像を第1画像光L1とし、近方表示領域22で表示される第2画像を第2画像光L2として分岐する。光分岐部41と画像照射部20の間にはシャッター部30が配置されている。光分岐部41は光を分岐する光学部材であれば構造は限定されず、プリズムを用いるとしてもよく、反射鏡で光の入射角と反射角を異ならせる等の手法を用いるとしてもよい。図2に示した例では光分岐部41としてプリズムを用い、プリズムを画像照射部20の遠方表示領域23に重ねて配置している。 The light branching unit 41 is an optical member that branches the image light emitted from the image irradiation unit 20. The first image displayed at least in the far display area 23 is the first image light L1, and The second image to be displayed is branched as the second image light L2. A shutter section 30 is arranged between the light branching section 41 and the image irradiation section 20 . The structure of the light splitter 41 is not limited as long as it is an optical member that splits light. A prism may be used, or a technique such as using a reflecting mirror to make the incident angle and the reflection angle of light different may be used. In the example shown in FIG. 2 , a prism is used as the light branching section 41 and the prism is arranged so as to overlap the distant display area 23 of the image irradiation section 20 .

ここで、光分岐部41を画像照射部20に重ねて配置するとは、平面視において光分岐部41を配置した領域が画像照射部20の画像表示領域と重複することを意味している。したがって、遠方表示領域23から照射された第1画像光L1は光分岐部41によって第2画像光L2とは異なる経路で自由曲面ミラー42で反射されて自由曲面ミラー44に到達する。また、近方表示領域22から照射された第2画像光L2は反射鏡43で反射されて自由曲面ミラー44に到達する。 Here, arranging the light branching unit 41 so as to overlap the image irradiation unit 20 means that the area where the light branching unit 41 is arranged overlaps the image display area of the image irradiation unit 20 in plan view. Therefore, the first image light L1 emitted from the distant display area 23 is reflected by the free-form surface mirror 42 through a path different from that of the second image light L2 by the light splitter 41 and reaches the free-form surface mirror 44 . Also, the second image light L2 emitted from the near display area 22 is reflected by the reflecting mirror 43 and reaches the free curved surface mirror 44 .

自由曲面ミラー44に到達した第1画像光L1および第2画像光L2は、上方に反射されて図示しないウィンドシールドに到達し、ウィンドシールドで反射されて搭乗者の視点に入射する。投影光学部40には、必要に応じて凸レンズや凹レンズを配置して光径の拡大や縮小をするとしてもよい。また、光分岐部41、自由曲面ミラー42、反射鏡43、自由曲面ミラー44の配置や向きは図2に示されたものに限定されない。また、必要に応じて、第1画像光L1および/または第2画像光L2の光路上に、外光を遮蔽する遮蔽板を別途配置するとしてもよい。 The first image light L1 and the second image light L2 that have reached the free-form surface mirror 44 are reflected upward, reach a windshield (not shown), are reflected by the windshield, and enter the viewpoint of the passenger. A convex lens or a concave lens may be arranged in the projection optical unit 40 as necessary to enlarge or reduce the light diameter. Also, the arrangement and orientation of the light branching section 41, the free-form surface mirror 42, the reflecting mirror 43, and the free-form surface mirror 44 are not limited to those shown in FIG. Further, if necessary, a shielding plate for shielding external light may be additionally arranged on the optical path of the first image light L1 and/or the second image light L2.

自由曲面ミラー42は、光分岐部41を介して第1画像光L1が入射し、第1画像光L1を自由曲面ミラー44方向に反射する光学部材である。自由曲面ミラー42の反射面は、ウィンドシールドを介して虚像として投影するために、運転者の視点方向に光径が拡大するように設計されている。ここで、視点方向に光径が拡大するとは、反射後に光径が一貫して拡大する場合だけでなく、光径が縮小して中間地点において結像した後に拡大する場合も含む。 The free-form surface mirror 42 is an optical member that receives the first image light L<b>1 through the light splitter 41 and reflects the first image light L<b>1 toward the free-form surface mirror 44 . The reflecting surface of the free-form surface mirror 42 is designed so that the light diameter expands in the direction of the driver's viewpoint in order to project a virtual image through the windshield. Here, the expansion of the light diameter in the viewing direction includes not only the case where the light diameter is consistently expanded after reflection, but also the case where the light diameter is reduced and expanded after forming an image at an intermediate point.

反射鏡43は、画像照射部20から照射された第2画像光L2が入射し、第2画像光L2を自由曲面ミラー44方向に反射する光学部材である。図2に示した例では、反射鏡43として凸面形状のミラーを示しているが、第2画像光L2を虚像として投影するために必要な光学設計されたものを用いることができ、必要に応じて凹面鏡、平面鏡、自由曲面ミラー等を用いることができる。また、反射鏡43を省略して、画像照射部20からの第2画像光L2が自由曲面ミラー44に直接入射するとしてもよい。 The reflecting mirror 43 is an optical member that receives the second image light L2 emitted from the image irradiation unit 20 and reflects the second image light L2 toward the free-form surface mirror 44 . In the example shown in FIG. 2, a convex mirror is shown as the reflecting mirror 43, but it is possible to use an optically designed mirror necessary for projecting the second image light L2 as a virtual image. A concave mirror, a plane mirror, a free-form surface mirror, or the like can be used. Alternatively, the reflecting mirror 43 may be omitted and the second image light L2 from the image irradiation section 20 may be directly incident on the free-form surface mirror 44 .

自由曲面ミラー44は、第1画像光L1および第2画像光L2が入射し、ウィンドシールド方向に第1画像光L1および第2画像光L2を反射する凹面鏡である。自由曲面ミラー44の反射面は、ウィンドシールドを介して虚像として投影するために、運転者の視点方向に光径が拡大するように設計されている。ここで、視点方向に光径が拡大するとは、反射後に光径が一貫して拡大する場合だけでなく、光径が縮小して中間地点において結像した後に拡大する場合も含む。 The free-form surface mirror 44 is a concave mirror that receives the first image light L1 and the second image light L2 and reflects the first image light L1 and the second image light L2 in the direction of the windshield. The reflecting surface of the free-form surface mirror 44 is designed so that the light diameter expands in the direction of the driver's viewpoint in order to project a virtual image through the windshield. Here, the expansion of the light diameter in the viewing direction includes not only the case where the light diameter is consistently expanded after reflection, but also the case where the light diameter is reduced and expanded after forming an image at an intermediate point.

ウィンドシールド(図示省略)は、車両の運転席前方に設けられて可視光を透過する部分である。ウィンドシールドは、車両の内側面では自由曲面ミラー44から入射した第1画像光L1および第2画像光L2を視点方向に対して反射し、車両の外部からの光を視点方向に対して透過するため、本発明における表示部に相当している。ここでは表示部としてウィンドシールドを用いた例を示したが、ウィンドシールドとは別に表示部としてコンバイナーを用意し、自由曲面ミラー44からの光を視点方向に反射するとしてもよい。また、車両の前方に位置するものに限定されず、搭乗者の視点に対して画像を投影するものであれば側方や後方に配置するとしてもよい。 A windshield (not shown) is a portion that is provided in front of the driver's seat of the vehicle and transmits visible light. The windshield reflects the first image light L1 and the second image light L2 incident from the free-form surface mirror 44 on the inner surface of the vehicle in the direction of the viewpoint, and transmits light from the outside of the vehicle in the direction of the viewpoint. Therefore, it corresponds to the display section in the present invention. Although an example using a windshield as the display section is shown here, a combiner may be prepared as a display section separately from the windshield to reflect the light from the free-form surface mirror 44 in the direction of the viewpoint. Further, the position is not limited to the position in front of the vehicle, and may be positioned to the side or rear as long as it projects an image to the viewpoint of the passenger.

虚像は、ウィンドシールドで反射された第1画像光L1および第2画像光L2が運転者等の視点(アイボックス)に到達した際に、空間中に結像されたように表示される画像である。虚像が結像される位置は、画像照射部20から照射された光が、自由曲面ミラー42、反射鏡43、自由曲面ミラー44およびウィンドシールドで反射された後に視点方向に進行する際の拡がり角度によって決まる。 The virtual image is an image displayed as if it were formed in space when the first image light L1 and the second image light L2 reflected by the windshield reach the viewpoint (eye box) of the driver or the like. be. The position where the virtual image is formed is the spread angle when the light irradiated from the image irradiation unit 20 travels in the direction of the viewpoint after being reflected by the free-form surface mirror 42, the reflecting mirror 43, the free-form surface mirror 44, and the windshield. determined by

図2に示した画像投影装置100では、遠方表示領域23に重なる位置に光分岐部41であるプリズムを配置し、遠方表示領域23からの第1画像光L1と近方表示領域22からの第2画像光L2の経路を分岐させている。遠方表示領域23で表示された第1画像は、光分岐部41、自由曲面ミラー42、自由曲面ミラー44およびウィンドシールドを介して搭乗者の視点に到達する。また、近方表示領域22で表示された第2画像は、反射鏡43、自由曲面ミラー44およびウィンドシールドを介して搭乗者の視点に到達する。第1画像光L1および第2画像光L2は、それぞれ投影光学部40によって光径が拡大して視点に到達するため、搭乗者は第1画像光L1および第2画像光L2による第1画像および第2画像光の虚像が所定距離に結像されているように視認する。ここで、虚像の結像位置は、第1画像のほうが第2画像よりも視点位置から遠いものとなっている。 In the image projection apparatus 100 shown in FIG. 2, a prism, which is the light branching unit 41, is arranged at a position overlapping the far display area 23, and the first image light L1 from the far display area 23 and the second image light L1 from the near display area 22 are arranged. 2 The path of the image light L2 is branched. The first image displayed in the far display area 23 reaches the viewpoint of the passenger via the light splitter 41, the free-form surface mirror 42, the free-form surface mirror 44, and the windshield. Also, the second image displayed in the near display area 22 reaches the passenger's viewpoint via the reflecting mirror 43, the free-form surface mirror 44, and the windshield. Since the first image light L1 and the second image light L2 reach the viewpoint after being enlarged in light diameter by the projection optical unit 40, the passenger can see the first image and the second image light L1 and the second image light L2. A virtual image of the second image light is viewed as if formed at a predetermined distance. Here, the imaging position of the virtual image is farther from the viewpoint position in the first image than in the second image.

図3は、本実施形態に係るシャッター部30の一例を示す模式平面図である。図3に示した例では、シャッター部30は略円形の平板状部材で構成された回転体であり、遮光部31と近方開口部32と遠方開口部33が設けられている。遮光部31は光を遮る材料で構成されており、遮光部31に到達した第1画像光L1、第2画像光L2および外光を遮る部分である。近方開口部32は、近方表示領域22に重なる位置に設けられた開口部分である。遠方開口部33は、遠方表示領域23に重なる位置に設けられた開口部分である。近方開口部32および遠方開口部33は、シャッター部30に設けられた開口部であるため光を透過し、本発明における透光部に相当している。ここでは透光部として開口部である近方開口部32および遠方開口部33を示しているが、シャッター部30を光透過性の材質で構成して遮光部31に光を透過しない遮光層を形成し、遮光層が形成されていない領域を透光部としてもよい。 FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of the shutter section 30 according to this embodiment. In the example shown in FIG. 3, the shutter section 30 is a rotating body made up of a substantially circular plate-like member, and is provided with a light blocking section 31, a near opening 32, and a far opening 33. As shown in FIG. The light blocking portion 31 is made of a light blocking material, and is a portion that blocks the first image light L1, the second image light L2 reaching the light blocking portion 31, and external light. The near opening 32 is an opening provided at a position overlapping the near display area 22 . The far-field opening 33 is an opening provided at a position overlapping the far-field display area 23 . The near opening 32 and the far opening 33 are openings provided in the shutter section 30, so that they transmit light and correspond to the light transmitting section in the present invention. Here, the near aperture 32 and the far aperture 33, which are apertures, are shown as light transmitting portions, but the shutter portion 30 is made of a light transmissive material, and the light shielding portion 31 is provided with a light shielding layer that does not transmit light. A region where the light shielding layer is not formed may be used as the light transmitting portion.

またシャッター部30は、駆動部としてモータ部(図示省略)を備えており、制御部50からの制御信号に従って所定の回転速度でシャッター部30を回転させ、透過モードと遮断モードが切り替え可能とされている。モータ部によるシャッター部30の回転駆動の機構は限定されず、シャッター部30の中心軸を直接モータ部の回転軸に連結するとしてもよく、何らかのギヤ機構を介して駆動させるとしてもよい。また、シャッター部30の外周に回転体を当接させて、当該回転体をモータ部で回転させることで間接的にシャッター部30を回転させるとしてもよい。また、モータ部の構成は限定されないが、ステッピングモータを用いると回転速度と位相を制御できるため、シャッター部30の透過モードと遮断モードを正確に切り替えることができる。 Further, the shutter section 30 includes a motor section (not shown) as a driving section, and rotates the shutter section 30 at a predetermined rotation speed according to a control signal from the control section 50, thereby switching between transmission mode and blocking mode. ing. The mechanism for rotationally driving the shutter section 30 by the motor section is not limited, and the central shaft of the shutter section 30 may be directly connected to the rotating shaft of the motor section, or may be driven via some gear mechanism. Alternatively, the shutter section 30 may be rotated indirectly by bringing a rotating body into contact with the outer periphery of the shutter section 30 and rotating the rotating body with the motor section. Although the configuration of the motor section is not limited, if a stepping motor is used, the rotation speed and the phase can be controlled, so that the transmission mode and the blocking mode of the shutter section 30 can be switched accurately.

図4は、シャッター部30による透過モードと遮断モードを説明する模式図であり、図4(a)は画像照射部20における表示領域を示し、図4(b)は透過モードを示し、図4(c)は遮断モードを示している。図4(a)に示すように、画像照射部20の全表示領域21中には、近方表示領域22と遠方表示領域23が異なる位置に設けられている。全表示領域21のうち画像を表示する領域は近方表示領域22と遠方表示領域23のみである場合には、遮光部材を全表示領域21に設けて近方表示領域22と遠方表示領域23に対応する開口部を形成するとしてもよい。 4A and 4B are schematic diagrams for explaining the transmission mode and the blocking mode of the shutter unit 30. FIG. 4A shows the display area in the image irradiation unit 20, FIG. 4B shows the transmission mode, and FIG. (c) shows the blocking mode. As shown in FIG. 4A, a near display area 22 and a far display area 23 are provided at different positions in the entire display area 21 of the image irradiation unit 20 . If the near display area 22 and the far display area 23 are the only areas in which an image is displayed in the entire display area 21, the light shielding member is provided in the entire display area 21 to cover the near display area 22 and the far display area 23. Corresponding openings may be formed.

近方表示領域22は、搭乗者から比較的近方の位置に結像されたように視認される近方画像を含んだ第2画像光L2を照射する領域であり、本発明における第2照射領域に相当している。遠方表示領域23は、搭乗者から比較的遠方の位置に結像されたように視認される遠方画像を含んだ第1画像光L1を照射する領域であり、本発明における第1照射領域に相当している。前述したように第1画像光L1および第2画像光L2はそれぞれ投影光学部40およびウィンドシールドで反射されて搭乗者の視点に到達する。したがって、画像照射部20上での近方表示領域22と遠方表示領域23は、ウィンドシールドでの反射後に矩形状の虚像となるように、図4(a)に示したような歪んだ形状の領域とされている。 The near display area 22 is an area irradiated with the second image light L2 including a near image that is viewed as if it were formed at a relatively near position from the passenger, and is the second irradiation in the present invention. corresponds to the area. The distant display area 23 is an area irradiated with the first image light L1 including a distant image that is viewed as if it were imaged at a position relatively far from the passenger, and corresponds to the first irradiation area in the present invention. are doing. As described above, the first image light L1 and the second image light L2 are reflected by the projection optical unit 40 and the windshield, respectively, and reach the viewpoint of the passenger. Therefore, the near display area 22 and the far display area 23 on the image irradiating unit 20 have a distorted shape as shown in FIG. considered to be an area.

図4(b)に示すように、シャッター部30の透過モードでは、近方開口部32が近方表示領域22に重なり、遠方開口部33が遠方表示領域23に重なる。したがって、近方表示領域22から照射された第2画像光L2は、近方開口部32を透過して光分岐部41に入射し、自由曲面ミラー42、自由曲面ミラー44およびウィンドシールドで反射されて近方画像を虚像として結像する。同様に、遠方表示領域23から照射された第1画像光L1は、遠方開口部33を透過し反射鏡43に入射し、自由曲面ミラー44およびウィンドシールドで反射されて遠方画像を虚像として結像する。このとき、第1画像光L1および第2画像光L2は、透過率が高い近方開口部32および遠方開口部33を通過するため光量の減衰が少なく、投影される虚像の輝度を高めることができる。 As shown in FIG. 4B , in the transmission mode of the shutter section 30 , the near opening 32 overlaps the near display area 22 and the far opening 33 overlaps the far display area 23 . Therefore, the second image light L2 emitted from the near display region 22 passes through the near opening 32, enters the light branching portion 41, and is reflected by the free-form surface mirrors 42, 44, and the windshield. to form a near-field image as a virtual image. Similarly, the first image light L1 emitted from the far display area 23 passes through the far opening 33, enters the reflecting mirror 43, is reflected by the free-form surface mirror 44 and the windshield, and forms a virtual image of the far image. do. At this time, since the first image light L1 and the second image light L2 pass through the near opening 32 and the far opening 33 having high transmittance, the amount of light is less attenuated, and the brightness of the projected virtual image can be increased. can.

ここで、近方開口部32および遠方開口部33は、円盤形状のシャッター部30において円周方向に沿って扇形状に曲率を持った形状とされている。したがって、図4(b)に示すように、近方開口部32と遠方開口部33の曲がり方向が、近方表示領域22と遠方表示領域23の歪み方向と一致するようにシャッター部30を配置することが好ましい。また、遠方表示領域23のほうが近方表示領域22よりも大きな面積とされることが多いため、円盤形状のシャッター部30において、近方開口部32を内周側に設け、遠方開口部33を外周側に設けることが好ましい。 Here, the near opening 32 and the far opening 33 have a fan-like curvature along the circumferential direction of the disk-shaped shutter portion 30 . Therefore, as shown in FIG. 4B, the shutter section 30 is arranged so that the bending direction of the near opening 32 and the far opening 33 coincides with the distortion direction of the near display area 22 and the far display area 23. preferably. Further, since the far display area 23 is often larger in area than the near display area 22, the near opening 32 is provided on the inner peripheral side of the disk-shaped shutter section 30, and the far opening 33 It is preferable to provide it on the outer peripheral side.

図4(c)に示すように、シャッター部30の遮断モードでは、遮光部31が近方表示領域22および遠方表示領域23に重なる。したがって、ウィンドシールドから投影光学部40を介してシャッター部30に到達した外光は、遮光部31で遮られて画像照射部20には到達しない。これにより、画像照射部20に到達する外光の光量を低減して、画像照射部20の温度上昇と劣化を抑制することができる。 As shown in FIG. 4C , in the blocking mode of the shutter section 30 , the light blocking section 31 overlaps the near display area 22 and the far display area 23 . Therefore, external light that reaches the shutter section 30 from the windshield through the projection optical section 40 is blocked by the light blocking section 31 and does not reach the image irradiation section 20 . As a result, the amount of external light reaching the image irradiation section 20 can be reduced, and temperature rise and deterioration of the image irradiation section 20 can be suppressed.

上述したように本実施形態の画像投影装置100では、シャッター部30で光の透過と遮断を切り替えるため、画像照射部20からの画像光を透過して画像投影をする透過モードと、外光を遮断して画像照射部20の温度上昇を抑制する遮断モードを適宜選択でき、外光による画像照射部20の温度上昇を抑制することが可能となる。 As described above, in the image projection apparatus 100 of the present embodiment, the shutter unit 30 switches between transmission and blocking of light. It is possible to appropriately select a blocking mode for blocking the temperature rise of the image irradiation section 20 and suppress the temperature rise of the image irradiation section 20 due to external light.

(第1実施形態の変形例)
次に、本発明の第1実施形態の変形例について図5を用いて説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。本変形例は、省電力化のために光源部10がPWM制御によってパルス駆動されて、点灯と消灯を所定のデューティ比で繰り返す点が第1実施形態とは異なっている。図5は、本変形例におけるタイミングチャートであり、図5(a)はシャッター部30の開閉タイミングを示し、図5(b)は光源部10の点消灯タイミングを示している。
(Modified example of the first embodiment)
Next, a modified example of the first embodiment of the invention will be described with reference to FIG. The description of the content that overlaps with the first embodiment is omitted. This modification differs from the first embodiment in that the light source unit 10 is pulse-driven by PWM control for power saving, and lighting and extinguishing are repeated at a predetermined duty ratio. FIGS. 5A and 5B are timing charts in this modified example, FIG. 5A shows the opening/closing timing of the shutter section 30, and FIG.

図5(a)(b)に示したようにシャッター部30は、光源部10の消灯タイミングでは閉状態つまり遮断モードとされ、光源部10の点灯タイミングでは開状態つまり透過モードとされる。シャッター部30を図4(b)(c)に示したように透過モードと遮断モードの間で切り替えることで、図5(a)に示したように開閉が切り替えられる。このとき、制御部50からモータ部の回転を制御して、開閉の切り替えの際にのみシャッター部30を回転させるとしてもよく、一定速度で継続的にシャッター部30を回転させるとしてもよい。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the shutter section 30 is in the closed state, that is, in the blocking mode when the light source section 10 is turned off, and is in the open state, that is, in the transmission mode when the light source section 10 is turned on. By switching the shutter unit 30 between the transmission mode and the blocking mode as shown in FIGS. 4(b) and 4(c), opening and closing is switched as shown in FIG. At this time, the control unit 50 may control the rotation of the motor unit to rotate the shutter unit 30 only when switching between opening and closing, or may rotate the shutter unit 30 continuously at a constant speed.

光源部10の消灯タイミングでは光源部10から光が照射されないため、画像照射部20に表示されている画像も虚像として投影されない。したがって、光源部10の消灯タイミングとシャッター部30の遮断モードを同期させることで、虚像の投影に寄与していない時間には、外光が画像照射部20に到達せず、外光による画像照射部20の温度上昇と劣化を抑制できる。 Since light is not emitted from the light source unit 10 at the time when the light source unit 10 is turned off, the image displayed on the image irradiation unit 20 is not projected as a virtual image. Therefore, by synchronizing the turn-off timing of the light source unit 10 and the blocking mode of the shutter unit 30, the external light does not reach the image irradiation unit 20 during the time that does not contribute to the projection of the virtual image, and the image irradiation by the external light is performed. Temperature rise and deterioration of the portion 20 can be suppressed.

また、光源部10の点灯タイミングでは光源部10から光が照射されるため、画像照射部20に表示されている画像が虚像として投影される。したがって、光源部10の点灯タイミングとシャッター部30の透過モードを同期させることで、虚像の投影に寄与する時間には、第1画像光L1および第2画像光L2が減衰されずに投影され、投影される虚像の輝度を向上させることができる。 Moreover, since light is emitted from the light source unit 10 at the lighting timing of the light source unit 10, the image displayed on the image irradiation unit 20 is projected as a virtual image. Therefore, by synchronizing the lighting timing of the light source unit 10 and the transmission mode of the shutter unit 30, the first image light L1 and the second image light L2 are projected without being attenuated during the time that contributes to the projection of the virtual image. The brightness of the projected virtual image can be improved.

図5では、光源部10の全時間における点灯時間の比率であるデューティ比を50%とした例を示したが、光源部10のデューティ比を変更して輝度を調整するとしてもよい。その場合には、光源部10の点灯期間がシャッター部30の透過モードの期間に含まれる範囲でデューティ比を変化させることが好ましい。 FIG. 5 shows an example in which the duty ratio, which is the ratio of the lighting time of the light source unit 10 to the total time, is set to 50%, but the duty ratio of the light source unit 10 may be changed to adjust the luminance. In that case, it is preferable to change the duty ratio within a range in which the lighting period of the light source section 10 is included in the transmission mode period of the shutter section 30 .

図3に示したシャッター部30では、180度の角度範囲に遮光部31を設けることで、開閉のデューティ比が50%となっている。しかし、一定の回転速度でシャッター部30を回転させることで、透過モードと遮断モードを繰り返す場合には、遮光部31を設ける割合を変化させることでデューティ比を設定するとしてもよい。一例としては、遮光部31を90度の範囲に設け、近方開口部32と遠方開口部33を270度の範囲に設けると、開閉のデューティ比を75%にすることができる。 In the shutter unit 30 shown in FIG. 3, the open/close duty ratio is 50% by providing the light shielding unit 31 in the angular range of 180 degrees. However, when the transmission mode and the blocking mode are repeated by rotating the shutter section 30 at a constant rotational speed, the duty ratio may be set by changing the ratio of the light blocking section 31 provided. For example, if the light blocking portion 31 is provided in the range of 90 degrees and the near opening 32 and the far opening 33 are provided in the range of 270 degrees, the opening/closing duty ratio can be 75%.

また、図5(a)(b)に示した例では、シャッター部30の開閉を切り替えるタイミングと、光源部10の点消灯のタイミングが一致した例を示したが、点灯期間中に透過モードが含まれ、消灯期間中に前記遮断モードが含まれるように、互いが重なるようにタイミングが選択されればよい。 In the example shown in FIGS. 5A and 5B, the timing for switching the opening and closing of the shutter unit 30 and the timing for turning on/off the light source unit 10 are the same. The timings may be selected so as to overlap each other such that the cutoff mode is included during the extinguishing period.

上述したように本変形例の画像投影装置100では、画像照射部20は、点灯と消灯を繰り返す光源部10のパルス駆動によって画像光を照射し、シャッター部30は、点灯期間中に透過モードが選択され消灯期間中に遮断モードが選択される。これにより、遮断モードでの外光による画像照射部20の温度上昇と劣化を抑制しながらも、透過モードでの輝度向上を図ることが可能となる。 As described above, in the image projection apparatus 100 of this modified example, the image irradiation unit 20 emits image light by pulse-driving the light source unit 10 that repeats turning on and off. A cut-off mode is selected during the selected extinguished period. As a result, it is possible to improve the brightness in the transmission mode while suppressing the temperature rise and deterioration of the image irradiation unit 20 due to external light in the blocking mode.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図6を用いて説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。本実施形態は、第1画像光L1と第2画像光L2の透過と遮断を個別に設定する点が第1実施形態とは異なっている。図6は、本実施形態に係るシャッター部30の構成と画像照射部20の関係を示す模式図であり、図6(a)は全透過モードを示し、図6(b)は遠方遮断モードを示し、図6(c)は全遮断モードを示し、図6(d)は近方遮断モードを示している。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the invention will be described with reference to FIG. The description of the content that overlaps with the first embodiment is omitted. The present embodiment differs from the first embodiment in that transmission and blocking of the first image light L1 and the second image light L2 are individually set. 6A and 6B are schematic diagrams showing the relationship between the configuration of the shutter unit 30 and the image irradiation unit 20 according to the present embodiment. FIG. 6A shows the total transmission mode, and FIG. 6B shows the far cutoff mode. 6(c) shows the total blocking mode, and FIG. 6(d) shows the near blocking mode.

図6(a)~図6(d)に示したように、本実施形態のシャッター部30は、近方開口部32と遠方開口部33が90度異なる位置に設けられている。同様に、遮光部31は遠方遮光部31aと近方遮光部31bを備えており、遠方遮光部31aと近方遮光部31bは90度異なる位置に設けられている。 As shown in FIGS. 6(a) to 6(d), in the shutter section 30 of this embodiment, the near opening 32 and the far opening 33 are provided at positions different from each other by 90 degrees. Similarly, the light shielding portion 31 includes a distant light shielding portion 31a and a near light shielding portion 31b, and the far light shielding portion 31a and the near light shielding portion 31b are provided at positions different from each other by 90 degrees.

図6(a)に示す全透過モードでは、近方開口部32が近方表示領域22に重なり、遠方開口部33が遠方表示領域23に重なる。したがって、第1画像光L1および第2画像光L2は、透過率が高い近方開口部32および遠方開口部33を通過するため光量の減衰が少なく、投影される虚像の輝度を高めることができる。 In the full transmission mode shown in FIG. 6A, the near aperture 32 overlaps the near display area 22, and the far aperture 33 overlaps the far display area 23. As shown in FIG. Therefore, since the first image light L1 and the second image light L2 pass through the near opening 32 and the far opening 33 having high transmittance, the amount of light is less attenuated, and the brightness of the projected virtual image can be increased. .

図6(b)に示す遠方遮断モードでは、近方開口部32が近方表示領域22に重なり、遠方遮光部31aが遠方表示領域23に重なる。したがって、近方表示領域22からの第2画像光L2は、透過率が高い近方開口部32を通過するため光量の減衰が少なく、投影される虚像の輝度を高めることができる。また、外光による画像照射部20の温度上昇は、遠方表示領域23で顕著になる傾向があるため、制御部50が遠方遮断モードを選択することで、遠方表示領域23での温度上昇を効果的に抑制することができる。 6B, the near aperture 32 overlaps the near display area 22, and the far shield 31a overlaps the far display area 23. In the far distance blocking mode shown in FIG. Therefore, since the second image light L2 from the near display region 22 passes through the near opening 32 having a high transmittance, the amount of light is less attenuated, and the brightness of the projected virtual image can be increased. In addition, since the temperature rise of the image irradiation unit 20 due to external light tends to be noticeable in the distant display area 23, the control unit 50 selects the far distance blocking mode to effectively reduce the temperature rise in the distant display area 23. can be effectively suppressed.

図6(c)に示す全遮断モードでは、近方遮光部31bが近方表示領域22に重なり、遠方遮光部31aが遠方表示領域23に重なる。したがって、ウィンドシールドから投影光学部40を介してシャッター部30に到達した外光は、近方遮光部31bおよび遠方遮光部31aで遮られて画像照射部20には到達しない。これにより、画像照射部20に到達する外光の光量を低減して、画像照射部20の温度上昇と劣化を抑制することができる。 In the total blocking mode shown in FIG. 6C, the near display area 31b overlaps the near display area 22, and the far display area 31a overlaps the far display area 23. As shown in FIG. Therefore, external light that reaches the shutter section 30 from the windshield through the projection optical section 40 is blocked by the near-field light blocking section 31b and the far-field light blocking section 31a and does not reach the image irradiation section 20. FIG. As a result, the amount of external light reaching the image irradiation section 20 can be reduced, and temperature rise and deterioration of the image irradiation section 20 can be suppressed.

図6(d)に示す近方遮断モードでは、近方遮光部31bが近方表示領域22に重なり、遠方開口部33が遠方表示領域23に重なる。したがって、遠方表示領域23からの第1画像光L1は、透過率が高い遠方開口部33を通過するため光量の減衰が少なく、投影される虚像の輝度を高めることができる。また、制御部50が近方遮断モードを選択することで、近方表示領域22での温度上昇を効果的に抑制することができる。 In the near cutoff mode shown in FIG. 6D, the near light shielding portion 31b overlaps the near display area 22, and the far opening 33 overlaps the far display area 23. As shown in FIG. Therefore, since the first image light L1 from the distant display area 23 passes through the distant opening 33 having a high transmittance, the amount of light is less attenuated, and the brightness of the projected virtual image can be increased. In addition, the temperature rise in the near display area 22 can be effectively suppressed by the controller 50 selecting the near cutoff mode.

上述したように本実施形態の画像投影装置100では、画像照射部20における温度上昇を抑制したい領域と、輝度を高めたい投影される虚像の表示領域に応じて、制御部50がシャッター部30の遮光モードを選択して、多様な状況に対応して画像照射部20の温度上昇の抑制と輝度向上を実現できる。 As described above, in the image projection device 100 of the present embodiment, the control unit 50 controls the shutter unit 30 according to the area where the temperature rise in the image irradiation unit 20 is desired to be suppressed and the display area of the projected virtual image whose brightness is desired to be increased. By selecting the light shielding mode, it is possible to suppress the temperature rise of the image irradiation unit 20 and improve the brightness in response to various situations.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図7を用いて説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。本実施形態では、投影光学部40において画像光を中間結像させて、中間結像位置にシャッター部30を配置する点が第1実施形態と異なっている。図7は、本実施形態に係る画像投影装置100の構成例を示す図であり、図7(a)は全体の模式断面図であり、図7(b)はシャッター部30の一例を示す模式斜視図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the invention will be described with reference to FIG. The description of the content that overlaps with the first embodiment is omitted. This embodiment differs from the first embodiment in that the image light is intermediately imaged in the projection optical unit 40 and the shutter unit 30 is arranged at the intermediate image forming position. 7A and 7B are diagrams showing a configuration example of the image projection device 100 according to the present embodiment, FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of the whole, and FIG. It is a perspective view.

図7(a)(b)に示すように、本実施形態の画像投影装置100は、光源部10と、画像照射部20と、シャッター部30と、外光遮断部60とを備えている。また、投影光学部40として、自由曲面ミラー42と自由曲面ミラー44を備えている。画像照射部20から照射された画像光は、自由曲面ミラー42および自由曲面ミラー44で反射されてウィンドシールドに到達し、搭乗者の視点方向に投影される。自由曲面ミラー42で反射された画像光は、自由曲面ミラー44に到達する前の中間結像位置において少なくとも一軸方向の成分が集光され、中間結像位置に集光された後に拡大しながら自由曲面ミラー44に到達する。 As shown in FIGS. 7A and 7B, the image projection device 100 of this embodiment includes a light source section 10, an image irradiation section 20, a shutter section 30, and an external light blocking section 60. FIG. A free-form surface mirror 42 and a free-form surface mirror 44 are provided as the projection optical unit 40 . The image light irradiated from the image irradiation unit 20 is reflected by the free-form surface mirror 42 and the free-form surface mirror 44, reaches the windshield, and is projected in the direction of the passenger's viewpoint. The image light reflected by the free-form surface mirror 42 has at least one axial component condensed at an intermediate image-forming position before reaching the free-form surface mirror 44, and after being condensed at the intermediate image-forming position, it expands and expands freely. A curved mirror 44 is reached.

外光遮断部60は、遮光性の材料で構成され、中間結像位置に開口部が設けられた部材である。外光遮断部60を中間結像位置に配置することで、ウィンドシールドから入射してきた外光のうち、画像照射部20まで到達しない外光の成分を遮断して、迷光が生じることを防止できる。 The external light shielding part 60 is a member made of a light shielding material and provided with an opening at an intermediate imaging position. By arranging the external light blocking section 60 at the intermediate image forming position, it is possible to block the external light component that does not reach the image irradiation section 20 out of the external light incident from the windshield, thereby preventing the occurrence of stray light. .

図7(a)(b)に示したように、シャッター部30は遮光性の材料で構成され、略円筒形状に形成されている。シャッター部30の側面には互いに対向する位置に開口部35a,35bが設けられている。シャッター部30の側面は本発明における遮光部に相当し、開口部35a,35bは本発明における透光部に相当している。 As shown in FIGS. 7A and 7B, the shutter section 30 is made of a light-shielding material and has a substantially cylindrical shape. Opening portions 35a and 35b are provided on the side surface of the shutter portion 30 at positions facing each other. The side surface of the shutter section 30 corresponds to the light shielding section of the invention, and the openings 35a and 35b correspond to the light transmitting section of the invention.

シャッター部30は、自由曲面ミラー42の中間結像位置において、中間結像した画像光が開口部35a,35bを透過可能に配置されている。また、シャッター部30は円筒の中心軸を回転軸として駆動部によって回転駆動され、側面および開口部35a,35bの位置が切り替え可能とされている。したがって、画像光の光路上にシャッター部30の側面が位置する場合が遮断モードとなり、開口部35a,35bが位置する場合が透過モードとなる。 The shutter section 30 is arranged at the intermediate image forming position of the free-form surface mirror 42 so that the intermediate image light is transmitted through the openings 35a and 35b. Further, the shutter part 30 is rotationally driven by the drive part with the central axis of the cylinder as the rotation axis, and the positions of the side surfaces and the openings 35a and 35b can be switched. Therefore, when the side surface of the shutter section 30 is positioned on the optical path of the image light, the blocking mode is set, and when the openings 35a and 35b are positioned, the transmission mode is set.

本実施形態の画像投影装置100でも、シャッター部30で光の透過と遮断を切り替えるため、画像照射部20からの画像光を透過して画像投影をする透過モードと、外光を遮断して画像照射部20の温度上昇を抑制する遮断モードを適宜選択でき、外光による画像照射部20の温度上昇を抑制することが可能となる。また、シャッター部30が中間結像位置に設けられることで、シャッター部30および画像投影装置100の小型化と軽量化を図ることが可能となる。 In the image projection apparatus 100 of the present embodiment as well, since the shutter unit 30 switches between transmission and blocking of light, there is a transmission mode in which image light from the image irradiation unit 20 is transmitted to project an image, and an image projection mode in which external light is blocked to project an image. A cutoff mode for suppressing the temperature rise of the irradiation section 20 can be appropriately selected, and the temperature rise of the image irradiation section 20 due to external light can be suppressed. Further, by providing the shutter section 30 at the intermediate imaging position, it is possible to reduce the size and weight of the shutter section 30 and the image projection device 100 .

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図8を用いて説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。図8は、本実施形態に係るシャッター部30の構成例を示す模式図であり、図8(a)は略矩形型の構成例を示し、図8(b)は一部の領域にのみ遮断モードを設ける構成例を示している。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. The description of the content that overlaps with the first embodiment is omitted. 8A and 8B are schematic diagrams showing configuration examples of the shutter unit 30 according to the present embodiment. FIG. 8A shows a substantially rectangular configuration example, and FIG. A configuration example in which modes are provided is shown.

図8(a)に示したシャッター部30では、円盤形状の一部を切り欠いて、切欠部分36を透光部とし、残された略矩形の部分を遮光部31としている。このような単純な形状であっても、回転駆動することで切欠部分36の透光部と遮光部31とを切り替えることができる。 In the shutter section 30 shown in FIG. 8A, a portion of the disc shape is cut away, the cutout portion 36 is used as the light transmission portion, and the remaining substantially rectangular portion is used as the light shielding portion 31 . Even with such a simple shape, it is possible to switch between the translucent portion of the notch portion 36 and the light shielding portion 31 by rotationally driving.

図8(b)に示したシャッター部30では、円盤形状の内周側に360度にわたって近方開口部32を設けられ、外周側に180度にわたって遠方開口部33を設けられている。外光による画像照射部20の温度上昇は、遠方表示領域23で顕著になる傾向があるため、遠方表示領域23に対してのみ遮光モードと透過モードを切り替えることで、遠方表示領域23での温度上昇と劣化を効果的に抑制することができる。また、近方表示領域22に対しては遮光部31を設けず常に透過モードとしているため、近方画像の輝度向上を図ることもできる。 In the shutter section 30 shown in FIG. 8B, a near opening 32 is provided over 360 degrees on the inner peripheral side of the disk shape, and a far opening 33 is provided over 180 degrees on the outer peripheral side. Since the temperature rise of the image irradiation unit 20 due to external light tends to be noticeable in the distant display area 23, switching between the light shielding mode and the transmission mode only for the distant display area 23 reduces the temperature in the distant display area 23. The rise and deterioration can be effectively suppressed. Further, since the near display area 22 is always in the transmission mode without the light shielding portion 31, it is possible to improve the brightness of the near image.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be modified in various ways within the scope of the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. is also included in the technical scope of the present invention.

100…画像投影装置
10…光源部
20…画像照射部
30…シャッター部
40…投影光学部
50…制御部
60…外光遮断部
21…全表示領域
22…近方表示領域
23…遠方表示領域
31…遮光部
31a…遠方遮光部
31b…近方遮光部
32…近方開口部
33…遠方開口部
35a,35b…開口部
36…切欠部分
41…光分岐部
42,44…自由曲面ミラー
43…反射鏡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100... Image projection apparatus 10... Light source part 20... Image irradiation part 30... Shutter part 40... Projection optical part 50... Control part 60... Outside light blocking part 21... Whole display area 22... Near display area 23... Far display area 31 Light shielding portion 31a Distant light shielding portion 31b Near light shielding portion 32 Near opening portion 33 Far opening portions 35a, 35b Opening portion 36 Notch portion 41 Light branching portions 42, 44 Free curved surface mirror 43 Reflection mirror

Claims (6)

虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影装置であって、
画像光を照射する画像照射部と、
前記表示部を介して前記画像光を前記投影画像として視点方向に照射する投影光学部と、
前記画像照射部から前記表示部の間の前記画像光の光路上に配置され、光を透過する透過モードと光を遮断する遮断モードを切り替えるシャッター部と、を備えることを特徴とする画像投影装置。
An image projection device for projecting a projection image onto a display unit for displaying a virtual image,
an image irradiation unit that irradiates image light;
a projection optical unit that irradiates the image light as the projected image in a viewpoint direction through the display unit;
An image projection device, comprising: a shutter unit arranged on an optical path of the image light between the image irradiation unit and the display unit, and switching between a transmission mode for transmitting light and a blocking mode for blocking light. .
請求項1に記載の画像投影装置であって、
前記画像照射部は、点灯と消灯を繰り返すパルス駆動によって前記画像光を照射し、
前記シャッター部は、前記パルス駆動の点灯期間中に前記透過モードが選択され、前記パルス駆動の消灯期間中に前記遮断モードが選択されることを特徴とする画像投影装置。
The image projection device according to claim 1,
The image irradiation unit irradiates the image light by pulse driving that repeats lighting and extinguishing,
The image projection apparatus according to claim 1, wherein the shutter section selects the transmission mode during a lighting period of the pulse drive, and selects the blocking mode during a light-off period of the pulse drive.
請求項1または2に記載の画像投影装置であって、
前記シャッター部は、透光部と遮光部を備えた回転体と、前記回転体を回転駆動する駆動部とを備えることを特徴とする画像投影装置。
The image projection device according to claim 1 or 2,
The image projection apparatus, wherein the shutter section includes a rotator having a light transmitting section and a light shielding section, and a driving section for rotationally driving the rotator.
請求項1から3の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
前記シャッター部は、前記画像照射部と前記投影光学部の間に配置されていることを特徴とする画像投影装置。
The image projection device according to any one of claims 1 to 3,
The image projection device, wherein the shutter section is arranged between the image irradiation section and the projection optical section.
請求項1から3の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
前記投影光学部は、前記光路上の中間結像位置で前記画像光を結像し、
前記シャッター部は、前記中間結像位置に配置されていることを特徴とする画像投影装置。
The image projection device according to any one of claims 1 to 3,
The projection optical unit forms an image of the image light at an intermediate image forming position on the optical path,
The image projection device, wherein the shutter section is arranged at the intermediate imaging position.
請求項1から5の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
前記画像照射部は、第1画像を照射する第1照射領域と、第2画像を照射する第2照射領域を備え、
前記シャッター部は、前記第1照射領域と前記第2照射領域のそれぞれに対して、前記透過モードと前記遮断モードが選択されることを特徴とする画像投影装置。
The image projection device according to any one of claims 1 to 5,
The image irradiation unit includes a first irradiation region for irradiating a first image and a second irradiation region for irradiating a second image,
The image projection device, wherein the shutter section selects the transmission mode and the cut-off mode for the first irradiation area and the second irradiation area, respectively.
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